DIE SUPERNOVA, DIE 88 TAGE BIS ZU IHREM MAXIMUM BRAUCHTE

Die Supernova 1987A lehrte die Astronomen, dass ein wasserstoffreicher Stern explodieren und sich dann Zeit lassen kann: Statt innerhalb weniger Tage aufzuflammen, wurde er über etwa 100 Tage langsam heller. Sie wurde zum Prototyp einer kleinen Familie, der „87A-artigen“ Supernovae – etwa 30 sind bekannt, ungefähr 1,4 % aller kollabierenden Sterne.

In den letzten Jahren haben großflächige Himmelsdurchmusterungen einige extreme Mitglieder dieser Familie gefunden, weit heller und langlebiger als der Rest. Sie lassen sich mit dem üblichen Mechanismus schwer erklären, bei dem Neutrinos des neugeborenen Neutronensterns den Stern auseinandersprengen.

Ein langsamer Riese

Am 11. Mai 2023 entdeckte die Zwicky Transient Facility in Kalifornien eine neue Quelle in einer kleinen Galaxie bei Rotverschiebung 0,1020, also etwa 485 Megaparsec oder 1,6 Milliarden Lichtjahre entfernt. Unter dem Namen SN 2023iop wurde sie über mehr als 600 Tage von einem internationalen Team unter Leitung von Steve Schulze vom Weizmann-Institut für Wissenschaften in Israel verfolgt, mit Teleskopen vom Ultraviolett bis zu Radiowellen.

• Sie brauchte mindestens 88 Tage bis zu ihrem Maximum – der wahre Anstieg war länger, da sie bereits im Aufstieg erfasst wurde.
• Im Maximum erreichte sie eine absolute Helligkeit von −20,1: etwa 0,9 Magnituden heller als der bisherige Rekordhalter ihrer Familie, OGLE-73, und 3,7 bis 4,0 Magnituden heller als SN 1987A. Auf dieser Skala bedeutet niedriger heller, und jede Magnitude entspricht einem Faktor von etwa 2,5.
• Sie strahlte mindestens 4,3 × 10⁵⁰ erg ab, wahrscheinlich eher 10⁵¹ – das erg ist eine winzige Energieeinheit, und das ist dennoch so viel, wie die Sonne in einigen Milliarden Jahren abstrahlt.
• Ihre Spektren gleichen denen einer gewöhnlichen wasserstoffreichen Supernova – verändern sich aber extrem langsam. Fast ein Jahr nach dem Maximum war SN 2023iop noch nicht in das Stadium eingetreten, in dem die Hülle durchsichtig wird und die Linien des Kerns zeigt – ein Stadium, das SN 1987A in etwa 100 Tagen erreichte.

SN 2023iop (schwarz) im Vergleich mit SN 1987A, SN 2018hna, den extremen Ereignissen OGLE-73 und SN 2020faa sowie 87A-artigen Supernovae aus der ZTF-Durchmusterung (grau): heller und breiter als sie alle. — Abbildung 18, Schulze et al. (2026), arXiv:2610.27312.

Zu viel Energie für Neutrinos

Eine neutrinogetriebene Explosion hat ein festes Budget: Der neugeborene Neutronenstern setzt etwa 3 × 10⁵³ erg frei, Simulationen wandeln etwa 1 % davon in Bewegung um, und eine gewöhnliche Supernova strahlt nur etwa 10⁴⁹ erg ab. Um SN 2023iop zu erreichen, müsste die ganze Kette etwa 50-mal effizienter sein – was sich in schnellerem Auswurf oder in Spuren einer Kollision mit umgebendem Gas zeigen würde. Beides ist nicht zu sehen.

Die Lichtkurve liefert zwei weitere Hinweise. Der langsame Anstieg setzt mehr als 12 Sonnenmassen ausgeworfener Materie voraus. Und würde das Maximum von radioaktivem Nickel-56 gespeist, wie bei vielen Supernovae, bräuchte es etwa 2,2 Sonnenmassen davon – mehr, als eine neutrinogetriebene Explosion schmieden kann. Die Autoren betonen, dass dies eine Obergrenze ist, die nur gilt, wenn die Radioaktivität dominiert.

Ein Fingerabdruck von Nickel

Der aufschlussreichste Hinweis tauchte spät auf. Bis Tag 326 nach dem Maximum war im Spektrum bei etwa 7.300 Ångström ein zweiter Buckel gewachsen, der bis Tag 140 fehlte. Das Team identifiziert ihn vorläufig als Linie von stabilem Nickel-58, was etwa 0,017 Sonnenmassen davon bedeutet, wenn das Gas 5.000 K heiß ist – und zehnmal mehr, wenn es 3.000 K hat.

Das ist wichtig, weil gewöhnliche kollabierende Sterne etwa zehnmal weniger erzeugen. Solche Mengen werden nur von Modellen von Paarinstabilitäts-Supernovae erreicht, deren Heliumkern hundert Sonnenmassen übersteigt. Dieser Weg öffnet sich für Heliumkerne von 65 bis 130 Sonnenmassen: Dort bilden sich Paare aus Elektronen und Positronen, und zwar auf Kosten der Photonen, die den Kern stützen; dieses Drucks beraubt, stürzt er zusammen, heizt sich auf, und die Fusion geht auf einen Schlag durch – stark genug, um den ganzen Stern zu zerreißen. Keine der Vergleichssupernovae zeigt den Buckel.

Was passt und was nicht

Ein veröffentlichtes Modell der Paarinstabilitäts-Explosion eines Roten Überriesen von 190 Sonnenmassen trifft Anstieg, Maximum und Spektren bemerkenswert gut – bis 150 Tage nach dem Maximum. Dann versagt es: Das Modell verblasst mit dem Zerfall von Kobalt-56, etwa 1 Magnitude pro 100 Tage, während SN 2023iop nur um 0,2 Magnituden pro 100 Tage verblasste und im Blauen bis zu 3,5 Magnituden heller als das Modell blieb (0,7 im Roten) – und blauer als es.

SN 2023iop (schwarze Punkte) im Vergleich mit zwei Paarinstabilitätsmodellen von 190 Sonnenmassen in drei Farben: Das Modell des Roten Überriesen (rote Linie) folgt den Daten bis etwa 150 Tage nach dem Maximum und fällt dann unter sie. — Abbildung 13 (obere Felder), Schulze et al. (2026), arXiv:2610.27312.

Das Team prüfte die Alternativen. Ein Lichtecho – Staub, der das frühere Maximum reflektiert – ist durch die gleichmäßige Entwicklung der Spektren ausgeschlossen. Materie, die auf ein zentrales Schwarzes Loch oder einen Neutronenstern zurückfällt, trifft die Gesamtform, aber nicht die Farben. Eine Kollision mit Gas, das der Stern vor seinem Tod abgestoßen hat und das in einer Scheibe verborgen ist, ist energetisch möglich und könnte das späte Leuchten liefern, ohne die üblichen schmalen Linien zu hinterlassen. Zwei weitere Hinweise deuten auf einen ungewöhnlichen Stern: Licht, das zu 0,8–1,0 % polarisiert ist, ein Zeichen einer asymmetrischen Explosion, und eine Zwerg-Wirtsgalaxie von etwa 150 Millionen Sonnenmassen, wahrscheinlich arm an schweren Elementen – eine Voraussetzung dafür, dass ein Stern einen so riesigen Kern behält.

Eine Warnung für das ferne Universum

Die Autoren folgern, dass eine Paarinstabilitäts-Explosion das plausibelste Szenario ist, wobei der späte Überschuss von verborgener Wechselwirkung gespeist wird. Die Grenzen benennen sie klar: Die Nickel-Identifikation beruht auf einer einzigen Spektrallinie und muss bestätigt werden, und SN 2023iop „scheint mehr als eine“ Energiequelle zu benötigen.

Sie ziehen auch eine Lehre für künftige Durchmusterungen. Das seltsame späte Verhalten von SN 2023iop wäre in größeren Entfernungen unsichtbar – unterhalb der Einzelaufnahmen des Rubin-Observatoriums jenseits von Rotverschiebung 0,3, unterhalb der Grenzen der James-Webb-Durchmusterungen jenseits von Rotverschiebung 2 bis 6. Aus der Ferne betrachtet, wäre sie „ohne Vorbehalt“ als Paarinstabilitäts-Kandidat eingestuft worden. Ferne Kandidaten könnten daher sauberer aussehen, als sie sind. Bewilligte Beobachtungen mit dem James-Webb-Weltraumteleskop werden SN 2023iop nach dem Staub und den Infrarotlinien absuchen, die die Szenarien unterscheiden könnten.